Однофазные коллекторные двигатели

Однофазные коллекторные двигатели широко применяются в бытовых электроприборах (полотерах, пылесосах, ручном инструменте, стиральных машинах и др.). Обычно их мощность не превышает сотен ватт, а частота вращения доходит до 30 000 об/мин.

Однофазные последовательные коллекторные двигатели (рис. 6.9) имеют сосредоточенную обмотку возбуждения ОВ, расположенную на явновыраженных полюсах и соединенную последовательно с многофазной обмоткой якоря Я, секции которой присоединены к коллектору. Для снижения потерь в стали статор и ротор выполняются шихтованными. Конструкция однофазных коллекторных двигателей сходна с конструкцией двигателей постоянного тока последовательного возбуждения.

В однофазных коллекторных двигателях последовательного возбуждения поток возбуждения Ф и ток i почти совпадают по фазе (рис. 6.10). Поэтому при изменении направления тока и потока электромагнитный момент имеет небольшую отрицательную часть, а средний момент в двигателе тем больше, чем меньше сдвиг по фазе между i и Ф. Так как последовательная обмотка возбуждения имеет малое число витков, ее индуктивное сопротивление небольшое. Однофазные коллекторные двигатели параллельного возбуждения не находят применения, поскольку обмотка возбуждения с большим числом витков имеет большое индуктивное сопротивление.

Для однофазного коллекторного двигателя можно записать следующее уравнение:

Рис. 6.0. Однофазный коллекторный двигатель последовательного возбуждения.

Рис. 6.10. Электромагнитный момент в коллекторных двигателях где х = х_а + х_в —сумма индуктивных сопротивлений якоря и обмотки возбуждения; г — активное сопротивление обмотки якоря и обмотки возбуждения.

Уравнение (6.1) отличается от уравнения напряжения двигателя постоянного, тока последовательного возбуждения наличием члена jxl.

Для уравнения (6.1) может быть построена векторная диаграмма (рис. 6.11). У однофазных коллекторных двигателей cos (p ~ 0,7-К), 95. Механические характеристики сходны с механическими характеристиками двигателя постоянного тока последовательного возбуждения. Регулирование частоты вращения осуществляется путем изменения подводимого напряжения или шунтирования обмотки возбуждения или якоря.

В коммутируемых секциях обмотки якоря наводится реактивная ЭДС е_г и трансформаторная ЭДС е_т. Реактивная ЭДС зависит от частоты вращения и нагрузки. Трансформаторная ЭДС наводится в коммутируемой секции за счет изменения потока. Трансформаторная и реактивная ЭДС сдвинуты на 90°. Наличие трансформаторной ЭДС ухудшает коммутацию коллекторных двигателей переменного тока.

Двигатели небольшой мощности выполняются без добавочных полюсов. Для улучшения коммутации коллекторные двигатели выполняются с компенсационной обмоткой КО и добавочными полюсами ДП (рис. 6.12). Добавочные полюсы в коллекторных машинах не могут скомпенсировать е_г и е_т во всех режимах работы, и коммутация в коллекторных двигателях переменного тока хуже, чем в машинах постоянного тока.

Компенсационная обмотка уменьшает индуктивное сопротивление машины, так как она компенсирует поток реакции якоря и уменьшает потокосцсплсние. Уменьшение.

Рис. 6.11. Векторная диаграмма однофазного коллекторного двигателя.

Рис. 6.12. Коллекторный двигатель с компенсационной обмоткой и добавочными полюсами индуктивного сопротивления двигателя приводит к повышению cos ф.

В двигателях небольшой мощности компенсационная обмотка — сосредоточенная, а в двигателях большой мощности — распределенная.

Мощные коллекторные двигатели мощностью до 1500 кВт применяют ся в качестве тяговых в ряде западноевропейских стран. При этом частота переменного тока 16²/з или 25 Гц. В нашей стране электротяга осуществляется на постоянном и переменном токе. Па железных дорогах, электрифицированных на переменном токе 25-^30 кВ, на электровозах устанавливаются понижающие трансформаторы и выпрямители, питающие тяговые двигатели постоянного тока.

Так как конструкции однофазных коллекторных двигателей и двигателей постоянного тока последовательного возбуждения близки друг к другу, выпускаются универсальные коллекторные двигатели, которые могут работать на переменном и постоянном токе. Для получения примерно тех же характеристик на постоянном и переменном токе необходимо переключить отпайки на обмотке возбуждения. При работе на переменном токе при одинаковых питающих напряжениях надо уменьшить число витков обмотки возбуждения.

Коллекторные двигатели переменного тока, как и двигатели постоянного тока, являются источником радиопомех. Для уменьшения последних обмотка возбуждения делится на две части и конденсаторы включаются между выводными концами и корпусом (см. рис. 5.45).

Рис. 6.13. Репульсионный двигатель.

Репульсионные двигатели — это однофазные коллекторные двигатели, в которых обмотка якоря не имеет электрической связи с обмоткой возбуждения, а энергия на ротор передается трансформаторным путем (рис. 6.13). Регулирование частоты вращения производится поворотом щеток. Репульсионные двигатели строились на мощности в несколько десятков киловатт.

При а = 0, когда ось щеток совпадает с направлением потока Ф, в якоре наводится максимальный ток /₂, но момент равен нулю, так как прямое и обратное поля в воздушном зазоре созда;

Рис. 6.14. Связь направления вращения репульсионного двигателя с положением щеток.

Рис. 6.15. Репульсионный двигатель с двойным комплектом щеток.

ют одинаковые момент и п = 0. При, а = 90° ток в якоре /2 = 0 и момент также равен нулю. При угле, а ^ 0 и, а ^ 90° репульсионный двигатель развивает момент. Номинальный момент двигатель развивает при, а = 15^-25°. В зависимости от смещения щеток к оси потока ротор двигателя вращается по часовой стрелке или против часовой стрелки (рис. 6.14).

Репульсионные двигатели выполняются с двойным комплектом щеток (рис_; 6.15). Двойной комплект щеток позволяет уменьшить ток /₂ под щеткой, а также более плавно регулировать частоту вращения. Щетки могут поворачиваться одновременно или одна пара щеток неподвижная, а другая — поворачивается. Репульсионные двигатели с двойным комплектом щеток изготовляются на большую мощность, чем с одним комплектом щеток.

В репульсионных двигателях применяется компенсационная обмотка, которая соединяется последовательно с обмоткой возбуждения. Добавочные полюсы в репульсионных двигателях не применяются, так как ось щеток перемещается.

Краткое рассмотрение коллекторных двигателей переменного тока демонстрирует их богатые возможности применения и расширяет представления об электромеханическом преобразовании энергии.